情绪控制对人机在环系统的影响

文/于守山 徐洪 李楠楠

现代智能机器人技术已经到达一个瓶颈，尽管机器人可以完成许多任务，在人类看来，它们始终还是没有情感的机器。可以被任意下达指令去完成一些任务，而且不会有小情绪，无异于一个没有灵魂的奴仆。然而对于人类来说，我们更多需要的不是一个能服侍我们的奴隶，而是需要一个可以有心灵交互的玩伴，它将不仅能完成一系列任务，还会对我们的语言动作甚至情绪进行相应反馈。在角色扮演类游戏的设定中，玩家的一些选择将触发不同的剧情，影响男女主人公的亲密度、默契值，甚至会因为不同的选择而产生截然不同的结局。

然而在现代智能机器人的研制过程中，开发人员更多的是关注设备将能不断完成更多的任务。忽略了人类社会中情绪的重大作用，忽略了机器人对人类情绪的反馈部分！

1 研究内容

本文主要针对人体情绪对控制系统干扰问题进行研究，具体分人体系统控制信息传导机理、人机在环优劣性分析以及电磁兼容问题。

1.1 人体系统控制信息传导机理

图1：脊髓反射示意图

成本问题一直都是制约高新技术产业发展的最主要问题，此处的成本包括经济成本和时间成本。研制一个高精端机器人需要若干个传感器，同时也就提高了对处理芯片的要求。人体在对外来的信息进行反射时，一部分是直接传入脊髓灰质部分的神经中枢，它是处理简单问题最快速也最直接的反馈回路（见图1）。另一部分需要通过神经通路传入大脑皮层，他可以将来自全身的信号进行汇总、筛选并进行相应的处理后反馈给对应的肌肉群或组织群。因此人体中的处理器分为多级无数个，而假设给机器人配置万分之一的处理器，规模和成本也是相当庞大。

图2：人体神经网络结构框架图

从控制角度分析，控制回路的延长，势必增加了系统相频特性的滞后，因此，系统的精准调节是牺牲了低时延而使控制精度得到改善的。当然还可以通过副回路的设计来辅助调节，在多环反馈控制系统中，外反馈处于主导地位，内反馈属于辅助调节，于是便又有了调节时间适配的问题。如何做到低时延甚至无时延问题将成为研究重点之一，借鉴人体神经网络结构框架可使研究相对更形象立体。

人体神经网络结构框架图如图2所示。

1.2 人机在环优劣性

由于时延或对高精端技术带来较为巨大的误差，如今前沿技术拟把人体加入仿真系统进行回路研究。因为人的参与，会给系统带来更多的不确定性因素，人的恐惧、应急反射信号也势必会传入回路。如果人机在环系统想获得突破性发展，必须要克服的便是信息筛选与分流，这一问题的克服对信号处理提出了极为严苛的要求。

人脑在处理无关信息的方面已经炉火纯青，甚至自主神经中的迷走神经在切断后依旧可以自主调节内脏运行，这显然已成为难以逾越的鸿沟。当我们的眼睛前出现无关黑点时，一段时间后我们的大脑便会进行自动忽略，在后续的取景中便可看不到这些干扰信号。然而人脑在处理部分突发状况的应激反应是恐惧、逃避，最典型的表现是触电握手反射、眨眼反射，这对控制系统的打击是致命的。而想把人的心理素质训练的完全违背天性也是不切合实际、无法实现的。因此当前相对容易克服的困难便是实现信息分流，而信息分流又不能仅靠滤波电路处理掉，在此可以对干扰信号设定一个阈值，通过监测输入信号的强度来达到判断是否为干扰信号的目的。

已知人体在做出应急反射的同时，可以在短时间内释放大量的多巴胺因子，这些瞬间信号的引入该定性为干扰信号还是控制信号对系统的输出误差影响颇多。

2 电磁兼容问题概述

在电子元件数量日趋增多的情况下，各器件之间的干扰正逐渐凸显出来，然而国内由于单纯追求高性能，故对电磁兼容的理解还较为浅显，故需尽早对其进行研究分析，而由于各型号设备早已引入，若想重新研制显然不切实际。若想做到电磁兼容，更好的办法是对信号进行隔离操作，通过类黑洞系统或电磁吸附系统将杂冗信号剔除，以防其成为干扰源

3 预期发展方向

通过分析当前控制系统发展研究阶段，人机在环系统发展前景问题主要集中在四个方面：

（1）如何更好地将情绪语言、面部表情以及行为语言更好地反馈到控制系统中；

（2）如何克服人由于应激反应产生的复杂信号对人机在环系统的干扰；

（3）如何更好地处理误差使其既能准确反映，又能减少计算量；

（4）如何使相互干扰的各器件做到电磁兼容。

如何精简有效地解决这几个问题已成为决定未来人机在环系统的发展速度的关键所在。

4 结语

相较于传统的反馈系统，人机在环系统拥有其无可比拟的独特优势，可以充分利用人体器官对外界环境的反射来达到瞬间控制的目的。可同时由于人体系统的引入，带来极大的不确定性因素，从而增大了系统的误差源，对系统稳定性提出了更高的要求

多回路反馈系统可以弥补单一回路对系统输入的误判，同时也带来了相频特性的滞后问题。通过解决相频滞后问题，达到系统控制低时延、甚至无时延的目的。

在电子元件数量日趋增多的情况下，各器件之间的干扰正逐渐凸显出来，做到电磁兼容，更好地办法是进行信号隔离。